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Utilizando nanotubos de nitruro de boro como plantillas, investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han logrado producir una amplia gama de nanotubos de dicalcogenuro de metales de transición (TMD) de pared simple, cada uno de los cuales varía en composición, quiralidad y diámetro. Este notable avance promete revolucionar las aplicaciones de la nanotecnología y permitir una comprensión más profunda de los mecanismos de crecimiento y las nuevas propiedades ópticas de estos nanotubos.
![Los nanotubos de nitruro de boro pueden promover el crecimiento de nanotubos TMD tanto dentro como fuera del tubo. Estos se pueden observar directamente mediante microscopía electrónica de transmisión (derecha). Fuente de la imagen: Universidad Metropolitana de Tokio](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40452_16974517901227849.png)
Los nanotubos de carbono exhiben una excelente resistencia mecánica y conductividad eléctrica, entre otras propiedades optoelectrónicas especiales, y tienen aplicaciones potenciales en semiconductores más allá de la era del silicio. Los nanotubos de carbono se fabrican enrollando una capa atómicamente delgada de átomos de carbono.
La singularidad de los nanotubos de carbono radica en sus sutiles complejidades estructurales, como la quiralidad, una propiedad que se asemeja a la «lateralidad» en su configuración. Esta quiralidad es similar a hacer rodar una hoja de papel en ángulo y confiere a los nanotubos propiedades especiales que los distinguen de sus homólogos de imagen especular. Sin embargo, los investigadores ahora están explorando materiales más allá del carbono que podrían permitir una gama más amplia de posibilidades estructurales.
Una de las alternativas en el centro de atención son los compuestos de dicalcogenuro de metales de transición (TMD), que consisten en metales de transición y elementos del Grupo 16. Estos materiales ofrecen propiedades que no se encuentran en los nanotubos de carbono, incluida la superconductividad y las propiedades fotovoltaicas, donde la exposición a la luz produce voltaje o corriente.
Para aprovechar todo el potencial de los TMD, los científicos necesitan sintetizar nanotubos de pared simple con diferentes composiciones, diámetros y quiralidad para estudiar sus propiedades individuales. Sin embargo, esta tarea ha resultado difícil porque los nanotubos TMD a menudo se forman en estructuras de paredes múltiples con diferente quiralidad en cada capa, lo que dificulta la identificación de atributos específicos relacionados con la quiralidad.
El equipo dirigido por el profesor asistente Yusuke Nakanishi de la Universidad Metropolitana de Tokio ha desarrollado una solución a este desafío. Al introducir los elementos necesarios mediante la exposición al vapor de nanotubos de nitruro de boro como plantillas, lograron crear un espectro de nanotubos TMD de pared simple. Su cuidadoso análisis de nanotubos individuales ha revelado una variedad de tubos con diferentes diámetros y quiralidad.
Este avance se logró midiendo los «ángulos quirales» de nanotubos individuales, que, junto con su diámetro, determinan configuraciones quirales únicas. Sorprendentemente, los investigadores descubrieron por primera vez que los ángulos quirales de sus nanotubos estaban distribuidos aleatoriamente. Esto significa que ahora tienen acceso a toda la gama de ángulos posibles, ofreciendo nuevos conocimientos sobre la compleja relación entre la quiralidad y los estados electrónicos, una cuestión central y sin resolver en este campo.
Además, el equipo logró modificar tanto el metal como el calcógeno, produciendo con éxito nanotubos de aleación de seleniuro de molibdeno, seleniuro de tungsteno y sulfuro de molibdeno-tungsteno. También han logrado una hazaña notable al crear nanotubos del tipo “Janus”, llamado así por la deidad de dos caras de la mitología romana, con un elemento en el exterior y otro en el interior.
Con estos diversos avances en la familia de los nanotubos, los investigadores están preparados para obtener una comprensión más profunda de los nanotubos TMD y cómo sus propiedades únicas surgen de sus intrincadas estructuras.
Esta investigación innovadora fue apoyada por las subvenciones JSPS KAKENHI (números de subvención JP23H01807, JP20H02572, JP21H05232, JP21H05234, JP22K04886, JP22H05468, JP22H01911, JP22H02573, JP21H05017, JP 2 2H05469, JP23H00259, JP23K13635, JP23H00097, JP22H05441, JP21H05235, JPJSJRP20221202), la CRESTURA JST (números de subvención JPMJCR17I5 y JPMJCR20B1) y el programa JST FOREST (número de subvención JPMJFR213X).
Referencia de la revista:
Nakanishi, Y., et al. (2023) Diversidad estructural de nanotubos de dicalcogenuro de metales de transición de pared simple cultivados mediante reacción de plantilla. Materiales avanzados. doi:10.1002/adma.202306631
Fuente: https://www.tmu.ac.jp/english/index.html
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